(57)【要約】【課題】複数回に分けて成膜する場合であっても、基板温度を上昇させることなく成膜することを目的とする。【解決手段】搬送トレイ６０１をアース電位にした状態で１回目の成膜を行うことにより、ライフタイムを向上させるためのアニール温度を確保し、搬送トレイ６０１を設備アースと絶縁し、かつ、１回目の成膜時より高い放電電力で２回目の成膜を行うことにより、基板温度を上げすぎることなく所望の膜厚の膜を成膜することができるため、成膜の待機時間を短縮し、複数回に分けて成膜する場合であっても、膜の剥離を抑制することができる。【選択図】図１
2013221176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットと対向する位置を搬送トレイに搭載した基板を複数回通過させて、スパッタリングにより前記基板上に成膜する薄膜製造方法であって、
前記搬送トレイを設備アースと接続した状態で、第１の放電電力で前記基板上に成膜を行う１回目の成膜工程と、
前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記第１の放電電力よりも電力の高い第２の放電電力で前記１回目の成膜工程で成膜された膜の上に成膜を行う２回目の成膜工程と、を有する
ことを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項２】
前記１回目の成膜工程と前記２回目の成膜工程との間に、前記搬送トレイを前記設備アースから絶縁させながら１分以下待機させる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。
【請求項３】
前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記２回目の成膜工程で成膜された膜の上に１または複数回の成膜を行う３回目の成膜工程を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜製造方法。
【請求項４】
前記膜が窒化膜であり、前記第１の放電電力が３ｋＷ以上５ｋＷ未満であり、前記第２の放電電力が１０ｋＷより大きく３０ｋＷ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜製造方法。
【請求項５】
前記設備アースからの前記搬送トレイの絶縁を真空状態で行う
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜製造方法。
【請求項６】
複数回のスパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造装置であって、
ターゲットと、
前記ターゲットと対向する位置に設けられるレールと、
前記基板を載置した状態で前記レール上を往復する搬送トレイと、
前記搬送トレイを設備アースと接続または絶縁させるトレイ−キャリア導通トグルと、を有する
ことを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項７】
前記レールの一方の端部近傍に配置されて、前記搬送トレイの移動中に前記トレイ−キャリア導通トグルと当接して前記搬送トレイを設備アースから絶縁させる第１のトグル切替用シャフトと、
前記レールの他方の端部近傍に配置されて、前記搬送トレイの移動中に前記トレイ−キャリア導通トグルと当接して前記搬送トレイを設備アースに接続させる第２のトグル切替用シャフトと、を有する
ことを特徴とする請求項６記載の薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングにより基板上に成膜する薄膜製造方法および薄膜製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空プロセスによる薄膜製造方法は、半導体、太陽電池、テレビディスプレイ、光学素子などの色々な分野で利用されている。薄膜製造方法には、電子ビーム蒸着法、熱蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などがある。中でも、スパッタリング法は、その簡便さ、成膜速度の高速性などから広く用いられている。
【０００３】
スパッタリング法は、誘電体や窒化膜などの絶縁性物質でも、高速かつ低温で成膜できるという点で優れた手法であり、半導体デバイスの表面保護膜の製造などにおいて実用化されている。
【０００４】
また、スパッタリング法に用いられるスパッタリング装置は、装置筐体に固定されたターゲットの対向部における基板の搬送方法により、いくつかの成膜方式に分類される。例えば、ターゲットの対向部において、搬送トレイに乗せた基板を一方向に移動させる通過方式、ターゲットの前方で基板を回転させる回転方式、ターゲットの前方に基板を一枚のみ設置してスパッタリングする枚葉式などがある。
【０００５】
２ｍ四方のガラス基板のような大型基板を成膜する場合や、小型基板の一括成膜を行う場合、生産タクトが優れている通過方式で成膜処理されるのが一般的である。例えば、一括性膜としては、１５０ｍｍ四方の太陽電池セル基板を１００枚程度一括して成膜する場合がある。
【０００６】
通過方式のスパッタリング装置を用いて所定の膜厚で膜を堆積させるためには、スパッタリングする際の成膜条件を決定する必要がある。通過方式の場合の主な成膜条件としては、放電出力、基板の搬送速度、成膜圧力などがある。通過方式の成膜では、スパッタリング時の放電電力が一定の場合に成膜レートがトレイ搬送速度に反比例する傾向が強いため、成膜時のトレイ搬送速度を調整することで、熱やプラズマ照射による基板ダメージを考慮した膜厚の制御が容易である。
【０００７】
また、成膜対象となる基板を搬送する搬送トレイと設備アースとの電位関係も重要な成膜条件となる。例えば、搬送トレイと設備アースが接続されて同電位である場合は、スパッタリング中に発生する熱電子が搬送トレイに衝突しやすくなるため、搬送トレイに乗せられた基板の温度が高くなりやすい。一方、搬送トレイと設備アースが絶縁されている場合は、搬送トレイに熱電子が衝突しにくくなるため、搬送トレイに乗せられた基板の温度は上昇しにくい。
【０００８】
電子デバイスの特性を一定レベル確保するためには、成膜時の膜厚の管理が重要な要素の一つである。そのため、所望の膜厚を得るために、成膜時の膜厚を管理しながら、次の基板の成膜条件を決定して成膜する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図８は、従来の薄膜製造方法を説明する概念図であり、特許文献１に記載された従来の薄膜製造に用いる装置構成を示す図である。従来の薄膜製造方法は、第１の真空容器１において基板５に対して複数回の成膜処理を行う。この薄膜製造方法では、成膜処理の都度、同一の成膜装置内に設けられる第２の真空容器７にて、ｎ回目の成膜後の基板５の膜厚、およびｎ＋１回目の成膜後の基板５の膜厚を、膜厚測定手段９により測定する。そして、これらの結果から、ｎ＋２回目の成膜条件を調整し、調整された成膜条件に基づいてｎ＋２回目の成膜を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−０８８３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の薄膜製造方法による窒化膜の成膜方法では、基板５の温度上昇の抑制を抑えるために、複数回に分けて窒化膜を成膜する必要がある。そのため、成膜処理と成膜処理の間に、各窒化膜の界面に窒化膜以外の薄膜が形成され、条件によっては窒化膜内での剥離が発生するという問題点がある。
【００１２】
また、複数回に分けて成膜する場合、基板温度が上昇しないように１回の成膜ごとに十分な基板冷却時間を設けると、各層の表面に表面酸化膜等の窒化膜とは異なる膜質の層が形成されることがあり、条件によっては界面での剥離が発生するという問題点がある。
【００１３】
上記問題点を解決するために、本発明の薄膜製造方法および薄膜製造装置は、温度を上げすぎることなく所定の膜厚を成膜することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の薄膜製造方法は、ターゲットと対向する位置を搬送トレイに搭載した基板を複数回通過させて、スパッタリングにより前記基板上に成膜する薄膜製造方法であって、前記搬送トレイを設備アースと接続した状態で、第１の放電電力で前記基板上に成膜を行う１回目の成膜工程と、前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記第１の放電電力よりも電力の高い第２の放電電力で前記１回目の成膜工程で成膜された膜の上に成膜を行う２回目の成膜工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の薄膜製造装置は、複数回のスパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造装置であって、ターゲットと、前記ターゲットと対向する位置に設けられるレールと、前記基板を載置した状態で前記レール上を往復する搬送トレイと、前記搬送トレイを設備アースと接続または絶縁させるトレイ−キャリア導通トグルと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の薄膜製造方法および薄膜製造装置は、温度を上げすぎることなく所望の膜厚の膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における薄膜製造装置の構成を示す概念図
【図２】本発明の実施の形態における薄膜製造方法を説明するフローチャート
【図３】トレイ−キャリア導通トグルが接続状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図
【図４】トレイ−キャリア導通トグルが絶縁状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図
【図５】本発明の実施の形態において４回成膜した場合の薄膜の積層状態を例示する図
【図６】本発明の実施の形態における放電電力と成膜時の温度との関係を表す図
【図７】本発明の実施の形態における放電電力と成膜時の温度およびライフタイム比率の変化との関係を表す図
【図８】従来の薄膜製造方法を説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。以下の説明において、同じ構成要素には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略する。
まず、図１を用いて本発明の実施の形態における薄膜製造装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態における薄膜製造装置の構成を示す概念図である。
【００１９】
本発明の実施の形態において製造する薄膜の一例としては、太陽電池基板に成膜される薄膜がある。太陽電池基板に成膜される薄膜としては、例えば、アモルファスシリコンが成膜された基板上に成膜され、８０〜１００ｎｍ程度の表面保護層および反射防止層の役割を持つ窒化膜がある。太陽電池基板は、スパッタリングの最中に、基板温度をある程度上昇させてアニールを行うことで、デバイス特性を向上できるデバイスの一例である。また、アモルファスシリコンは、１５０〜２５０℃程度でアニールすると、太陽電池特性に寄与するライフタイムが回復することが一般的に知られている。
【００２０】
本実施の形態の薄膜製造装置は、窒化膜を成膜する場合、図１に示すように、搬送トレイ６０１と設備アースを同電位にすることで、熱電子により基板温度を上昇させた状態で、搬送トレイ６０１に載置された基板７０１をアニールしながら成膜することを特徴とする。
【００２１】
本実施の形態の薄膜製造装置の一例は、図１に示すように、通過式のスパッタリング装置である。通過式のスパッタリング装置において、１回の通過で全ての成膜を行うと、熱電子の衝突により基板の温度が上がりすぎる場合がある。そのため、本実施の形態では、基板の搬送速度を速めることで基板の温度上昇を回避しながら、複数回に分けて成膜を実施することにより、所定の膜厚の薄膜を成膜する。
【００２２】
ここで、本実施の形態における薄膜製造装置について、アモルファスシリコンが成膜された１５０ｍｍ角のシリコンの基板７０１に、太陽電池として標準的な膜厚８０〜１００ｎｍの窒化膜をスパッタリングにより成膜する場合を例として説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態における薄膜製造装置は、成膜用真空チャンバー２０１内に、ターゲット３０１が固着された電極１００１が固定されており、ターゲット３０１の対向部を搬送トレイ６０１が移動できるように成膜側搬送レール４１１が設けられている。搬送キャリア１２０１には、搬送トレイ６０１と搬送トレイ６０１に載置された基板７０１が載せられている。基板投入側搬送レール４０１あるいは成膜側搬送レール４１１の上で、搬送キャリア１２０１を移動させることで図１に示すＺ方向に行き帰りさせ、基板７０１をターゲット３０１に対して移動させる。搬送キャリア１２０１は、成膜側搬送レール４１１の上に接しており、設備アースと同電位になっている。成膜用真空チャンバー２０１には、図示していないが、真空排気手段、ガス導入手段が設けられ、成膜用真空チャンバー２０１内の圧力や真空度を調整できるように構成されている。ターゲット３０１は、例えば、シリコンターゲットである。
【００２４】
基板投入取出用真空チャンバー１０１には、投入取出用ゲートバルブ５５１が備え付けられており、投入取出用ゲートバルブ５５１を通して、基板７０１と搬送トレイ６０１を搬送キャリア１２０１にセットし、搬送キャリア１２０１を基板投入側搬送レール４０１に乗せる構成である。また、基板投入取出用チャンバー１０１には、図示していないが、真空排気手段が設けられている。
【００２５】
基板投入取出用真空チャンバー１０１と成膜用真空チャンバー２０１との間は、ゲートバルブ５０１により連結されている。基板投入取出用真空チャンバー１０１に投入された基板７０１と搬送トレイ６０１とを乗せた搬送キャリア１２０１は、基板投入側搬送レール４０１に載せられ、成膜用真空チャンバー２０１へ搬送される。ゲートバルブ５０１を開放すると、基板７０１と搬送トレイ６０１を乗せた搬送キャリア１２０１は、基板投入側搬送レール４０１から成膜側搬送レール４１１に乗り移ることができる。
【００２６】
搬送キャリア１２０１が、成膜側搬送レール４１１上を搬送されて図１に図示された「行き」方向の終端に行き着くと、トレイ−キャリア導通トグル１３０１が、トグル切替用シャフト１４０１に接触し、トレイ−キャリア導通トグル１３０１が非接続側に傾き、搬送トレイ６０１は設備アースと絶縁状態になる。
【００２７】
また、基板投入側搬送レール４０１と成膜側搬送レール４１１は、図示していないが、それぞれのレールに接続された電動モータを、正回転または逆回転させることで、図１に図示された「行き／帰り」の方向に、搬送キャリア１２０１を移動させることが可能である。
【００２８】
また、図１において、電極１００１には、直流電圧、交流電圧または高周波電圧が、電源１１０１から供給される。演算装置９０１へ所定の放電電力値を設定すると、電源１１０１へ放電電力が設定され、所定の電力において成膜が実施される。演算装置９０１には、搬送キャリア１２０１の位置や進行方向に応じた放電電力を放電レシピとして複数設定できるので、図１における行き方向と帰り方向とで、放電電力の切替が可能になる。
【００２９】
搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１は、搬送トレイ６０１上に設けたれたトレイ−キャリア導通トグル１３０１により、接続できる機構になっている。トレイ−キャリア導通トグル１３０１を接続側に傾けると、搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１とは同電位になり、搬送キャリア１２０１を介して搬送トレイ６０１は設備アースと同電位になる。反対に、トレイ−キャリア導通トグル１３０１を絶縁側に傾けると、搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１は絶縁状態になり、搬送キャリア１２０１を介して搬送トレイ６０１は設備アースと絶縁状態になる。成膜用真空チャンバー２０１の行き側および帰り側の両端部には、それぞれトグル切替用シャフト１４０１が設けられている。
【００３０】
本実施の形態における薄膜製造装置は、搬送キャリア１２０１が両端に到達した際に、トレイ−キャリア導通トグル１３０１の切替が行われる構成である。この構成により、チャンバー内で真空の状態で、搬送トレイ６０１と設備アースとの電位を、接続状態（同電位）から絶縁に切り替えることができる。なお、帰り側端部のトグル切替用シャフト１４０１を設けない構成とし、搬送トレイ６０１と設備アースとを接続する際に、別途の手段を用いても良い。
【００３１】
次に、図３、図４を用いて、トレイ−キャリア導通トグル１３０１の接続状態と絶縁状態を説明する。
図３は、トレイ−キャリア導通トグルが接続状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図である。図３は、トレイ−キャリア導通トグル１３０１が接続側に傾くことで搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１とが同電位になり、搬送キャリア１２０１を介して搬送トレイ６０１が設備アースと同電位となっている状態を示す模式図である。図４は、トレイ−キャリア導通トグルが絶縁状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図である。
【００３２】
図３、図４に示すように、搬送キャリア１２０１に固着された絶縁パッド６１１の上には、搬送トレイ６０１が乗せられている。トレイ−キャリア導通トグル１３０１を接続側に傾けると、導電ピン１３１１が搬送キャリア１２０１に接触し、搬送トレイ６０１と搬送キャリア１２０１が接続される。搬送キャリア１２０１は、行き／帰りの移動時には、設備アースと接続した基板投入側搬送レール４０１あるいは成膜側搬送レール４１１に接続したレール搬送用車輪４２１と接触している。そのため、搬送キャリア１２０１の電位は、設備アースと同電位となる。すなわち、搬送キャリア１２０１を介して、搬送トレイ６０１、基板７０１は、設備アースと同電位になる。
【００３３】
搬送キャリア１２０１が行きの方向に搬送されて、図４に示すように、成膜側レール４１１の行き側終端に到達すると、トグル切替用シャフト１４０１とトレイ−キャリア導通トグル１３０１が接触し、トレイ−キャリア導通トグル１３０１が絶縁側に傾き、導電ピン１３１１が搬送キャリア１２０１から離れる。このとき、搬送トレイ６０１と基板７０１は、絶縁パッド６１１により搬送キャリア１２０１と絶縁されるので、設備アースとは絶縁状態になる。
【００３４】
搬送キャリア１２０１が帰りの方向に搬送されて、図３に示すように、基板投入側搬送レール４０１の帰り側終端に達すると、トレイ−キャリア導通トグル１３０１は、トグル切替用シャフト１４０１と接触し、搬送トレイ６０１と搬送キャリア１２０１が接続される。
【００３５】
搬送キャリア１２０１が行き側終端に到達した後に帰り側終端に到達すると、次に処理される基板７０１に入れ替えて、その基板７０１に対して前述と同様の成膜を行う。
なお、ここで、帰り側への搬送の際に、帰り側終端に到達する前に搬送キャリア１２０１を停止させることにより、絶縁状態を維持したままで、同一の基板７０１に繰り返し成膜を行うことも可能である。
【００３６】
本実施の形態において、トレイ−キャリア導通トグル１３０１による搬送トレイ６０１と搬送キャリア１２０１との接続または絶縁の切替手段は、高価な可動ケーブルや電磁弁などの電子機器を利用せずに、搬送キャリア１２０１が搬送される際の慣性力を利用して切替える切替手段である。ただし、搬送トレイ６０１を、設備アースと接続または絶縁させる手段は、この構成に限定されるものではない。
【００３７】
以上のように構成された薄膜製造装置を用いた薄膜製造方法の一例を、図２のフローチャートを用いて説明する。このとき、図２のフローチャートにおける薄膜製造方法について、図１、図５、図６および図７を適宜用いて説明する。
【００３８】
なお、以下の説明では反応性スパッタリングを例に説明するが、本実施の形態は、その他のスパッタリングに用いることも可能である。
図２は、本実施の形態の薄膜製造方法を説明するフローチャートである。図５は、本実施の形態の薄膜の積層状態を例示する図である。図６は、本実施の形態における放電電力と成膜時の温度との関係を表す図である。図７は、本実施の形態における放電電力と成膜時の温度およびライフタイム比率の変化との関係を表す図である。
【００３９】
まず、薄膜製造時に反応性ガスを用いる反応性スパッタリングの一般的な流れを説明する。図１において、基板投入取出用真空チャンバー１０１に、基板７０１と搬送トレイ６０１とを搬送キャリア１２０１に載せた状態で搬送し、投入取出用ゲートバルブ５５１を閉じて、基板投入取出用真空チャンバー１０１内が所定の真空圧になるように、図示しない真空排気手段により排気する。排気後の所定の真空圧は、要求される膜質にもよるが、例えば１×１０−４Ｐａ以上かつ５×１０−３Ｐａ以下である。
【００４０】
基板投入取出用真空チャンバー１０１が所定の真空圧に達した後、ゲートバルブ５０１を開き、搬送トレイ１２０１を成膜用真空チャンバー２０１に投入し、ゲートバルブ５０１を閉じる。その後、成膜用真空チャンバー２０１内が所望の成膜圧力になるように、図示しない真空排気手段およびガス導入手段を用いて、スパッタリング用ガスと反応性ガスを成膜用真空チャンバー２０１内に導入し、成膜用真空チャンバー２０１内の真空度を調整する。成膜用真空チャンバー内の真空度は、例えば０．６Ｐａ以上かつ１．０Ｐａ以下である。スパッタリング用ガスは、例えばＡｒ（アルゴン）が用いられる。導入する反応性ガスとしては、例えば、基板７０１に窒化膜を形成する場合は窒素を用い、基板７０１に酸化膜を形成する場合は酸素を用いる。
【００４１】
成膜用真空チャンバー２０１内にスパッタリング用ガスと反応性ガスが導入されると共に所定の真空度に到達した後、電源１１０１に設定された放電電力を電極１００１に投入し、基板７０１の成膜領域をターゲット３０１と対向させた状態で、搬送トレイ６０１を図１の「行き」方向に移動させることで、基板７０１に所定の膜が成膜される。ここでは、放電電力が印加されたターゲット３０１と対向する位置を通過する回数を、成膜された回数として数える。
【００４２】
ここで、基板７０１に、１００ｎｍの表面保護膜および反射防止膜である窒化膜を成膜する場合の成膜動作を例として、説明する。基板７０１は、例えば、厚さ３００μｍかつ１５０ｍｍ四方のシリコン基板に、１０ｎｍのアモルファスシリコンを成膜した太陽電池基板である。また、シリコン基板、アモルファスシリコンや窒化膜の寸法および膜厚は、一例である。
【００４３】
まず、１回目の成膜をする前に、１回目の成膜での放電電力Ｗ１を決定するための第１予備実験を行った。１回目の成膜では、基板７０１の表面（シリコン基板に成膜されたアモルファスシリコンの表面）に熱ダメージ（基板ダメージ）を与えずにアニールを行うために、２００℃前後の加熱を行う必要がある。基板７０１の表面に基板ダメージを与えない条件を見出すために、搬送トレイ６０１を設備アースと同電位にした状態で、複数の放電電力にて第１予備実験を行った。第１予備実験では、放電電力３０ｋＷを最大電力として、搬送速度７ｍｍ／ｓの状態において、基板ダメージの有無と成膜時の基板温度を測定した。ここで、最大電力を放電電力３０ｋＷとした理由は、この電力が、別途実験において確認したシリコンターゲットの割れが懸念される電力であったためである。予備実験の実験結果を、図６に示す。なお、放電電力Ｗ１は、第１の放電電力である。
【００４４】
図６に示すように、放電電力が１０ｋＷ以上では、基板７０１に異常放電跡が確認され、基板ダメージがあったことが分かった。これは、基板７０１の窒化膜が絶縁膜であるため、放電電力が高くなると成膜初期に窒化膜の絶縁耐圧以上の電圧が印加され、絶縁膜の絶縁が破れて異常放電が発生したためであると推定される。したがって、基板７０１に異常放電が発生しなかった（基板ダメージが発生しなかった）５ｋＷ以下の放電時にのみ、基板７０１の温度測定を行った。図６の結果より、基板７０１に異常放電が発生しない放電電力は５ｋＷ以下であり、成膜時の基板温度が２００℃前後となる放電電力は３ｋＷであることが分かった。放電電力が５ｋＷの場合、１回目の成膜で得られた膜厚は２０ｎｍであり、放電電力が３ｋＷの場合、１回目の成膜で得られた膜厚は１２ｎｍであった。
【００４５】
この第１予備実験の結果に基づく本実施の形態の薄膜製造方法の一例を、図２のフローチャートを用いて説明する。
始めに、トレイ−キャリア導通トグル１３０１を予め接続側に傾けておいた状態で、搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１を同電位にすることで、搬送キャリア１２０１を介して搬送トレイ６０１と設備アースを同電位にする（ステップＳ１）。
【００４６】
ステップＳ１終了後、基板投入取出用真空チャンバー１０１内の搬送キャリア１２０１上の搬送トレイ６０１に基板７０１を載せ、投入取出用ゲートバルブ５５１を閉じる（ステップＳ２）。
【００４７】
ステップＳ２終了後、ゲートバルブ５０１を開き、基板７０１と搬送トレイ６０１を載せた搬送キャリア１２０１を成膜用真空チャンバー２０１に投入し、ゲートバルブ５０１を閉じる。その後、成膜用真空チャンバー２０１内を所定の成膜圧力の一例である０．９Ｐａに調整した状態で、放電電力Ｗ１にて１回目の成膜工程として１回目の成膜を行う（ステップＳ３）。
【００４８】
ここで、１回目の放電電力Ｗ１は、予備実験の実験結果に基づいて、成膜時の異常放電により基板ダメージが発生しないように、５ｋＷ以下とした。
成膜中に発生しているプラズマからは、熱電子が放出される。この熱電子は、１個あたり約１００００℃であり、負の電位を帯びている。そのため、この負の電位と比較して正の電位となる設備アース側に熱電子が引き寄せられ、設備アースと熱電子とが衝突することで、設備アースと同電位にある物体の温度が上昇する。搬送トレイ６０１と基板７０１が設備アースと同電位にある場合、熱電子の衝突が頻繁に起こるため、基板７０１の温度が上昇し、成膜の際にアニールを行うことができる。
【００４９】
ステップＳ３終了後、成膜用真空チャンバー２０１の内部で、搬送キャリア１２０１が成膜側搬送レール４１１の終端（行き側終端）に行き着くと、トレイ−キャリア導通トグル１３０１がトグル切替用シャフト１４０１に接触し、非接続側にトレイ−キャリア導通トグル１３０１が傾くことで、搬送キャリア１２０１と搬送トレイ６０１を絶縁させる。その結果、搬送キャリア１２０１を介して、搬送トレイ６０１と設備アースを絶縁することができる（ステップＳ４）。
【００５０】
本実施の形態では、１回目（行き）の成膜終了後は、数１０ｎｍ程度の窒化膜が基板７０１上に成膜されており、この窒化膜の上に２回目（帰り）の成膜を行うことにより、表面保護と反射防止を目的として、８０ｎｍ程度の窒化膜を成膜する。ここで、１回目に成膜した窒化膜の界面に、窒化膜とは異なる膜質の薄膜（例えば、酸化膜）を堆積させるのは望ましくない。なぜなら、例えば酸化膜が窒化膜の界面に形成された場合、界面での接合力が弱くなり、窒化膜の剥離が懸念されるためである。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、１回目（行き）の成膜終了後１分以内に、放電電力Ｗ２にて２回目の成膜工程として２回目（帰り）の成膜を行っている（ステップＳ５）。
２回目の成膜は、１回目の成膜終了後、成膜用真空チャンバー２０１の真空度を通常の成膜時の真空度である０．６Ｐａ以上かつ１．０Ｐａ以下の真空状態に保ったまま、開始されることが望ましい。
【００５２】
ここで、１回目の成膜終了後１分以内に２回目の成膜を行っている理由は、成膜終了後１分間放置すると、成膜した表面に、２ｎｍ程度以上の自然酸化膜などが形成される場合があるためである。すなわち、１回目の成膜と２回目の成膜との間の待機時間を１分より長く設けると、成膜した表面に自然酸化膜などが形成される場合があるためである。
なお、このとき、搬送トレイ６０１と設備アースを同電位としていると、１回目の成膜後の基板温度が２００℃以下に下がるまでに１分よりも長い待機時間が必要となる。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、前述のステップＳ４により２回目の成膜時に搬送トレイ６０１と設備アースを絶縁することで、成膜用真空チャンバー２０１内の熱電子による基板温度の上昇を抑制している。
【００５４】
続いて、２回目の成膜の放電電力Ｗ２の最適な電力値を決定するために、１回目の成膜において放電電力５ｋＷで２０ｎｍの窒化膜を成膜した基板７０１に対し、シリコンターゲットの割れが懸念される３０ｋＷを上限として、いくつかの放電電力で窒化膜を８０ｎｍ成膜したときの第２予備実験を行った。この第２予備実験において得られたライフタイムの変化率を、図７に示す。ここで、ライフタイムとは、太陽電池特性である電子および正孔に関するものであり、ライフタイム変化率とは、窒化膜成膜後のライフタイムを、窒化膜成膜前のライフタイムで割算することで算出される値である。
【００５５】
図７に示すように、３ｋＷまたは５ｋＷという低電力で成膜した場合に、ライフタイムの変化率は１００％未満であるので、成膜前と比較し、成膜後のライフタイムが低下することが確認された。成膜後にライフタイムが低下する理由は、低電力で所定の膜厚まで成膜するためにはトレイ搬送速度を遅くする必要があり、窒化膜を生成するための反応性ガスである窒素が、成膜中に基板表面のアモルファスシリコン膜に大量に打ち込まれたためである。ここで、窒素は、電気のキャリアである正孔を捕獲し、電気特性を低下させる性質がある。
【００５６】
逆に、図７に示すように、放電電力が高くなるにつれて、成膜後のライフタイム変化率が向上していることが確認される。これは、高電力で成膜すると、基板１枚あたりの成膜時間が短くなることに伴って、基板７０１に対する窒素の打ち込み時間も短くなるので、窒素打ち込みによるライフタイム低下の影響が小さくなるためだと考えられる。したがって、２回目の放電電力Ｗ２は、１回目の放電電力Ｗ１よりも大きな値を用いて、極力、窒化膜の成膜時間を短くすることが望ましい。
【００５７】
そのため、本実施の形態では、１回目の放電電力は２ｋＷ以上かつ５ｋＷ以下とし、２回目の放電電力は１０ｋＷ以上かつ３０ｋＷ以下とした。具体的には、１回目の搬送速度は、搬送トレイ６０１を設備アースと同電位とした状態で、異常放電による基板ダメージが発生しない最大放電電力５ｋＷにおいて７ｍｍ／ｓとし、２回目の搬送速度は、搬送トレイ６０１を設備アースから絶縁した状態で、ターゲット３０１の割れが懸念される放電電力３０ｋＷ放電において８．８ｍｍ／ｓとした。
【００５８】
２回目の成膜は、１回目の成膜終了後１分以内に開始しているが、図７に示すように、シリコンターゲットの割れが懸念される最大の放電出力３０ｋＷの成膜においても、基板温度は１５０℃程度であり、基板温度が上昇しすぎない状態で窒化膜を成膜することができた。これは、搬送トレイ６０１が設備アースと絶縁されているために、成膜中のプラズマから放出される熱電子が、搬送トレイ６０１に引き寄せられず、熱電子と搬送トレイ６０１の衝突が緩和されている効果であると考えられる。
【００５９】
２回目の成膜で所定の膜厚の膜が成膜できればここで成膜を終了し、膜厚がさらに必要な場合は、ステップＳ５終了後、搬送トレイ６０１が設備アースと絶縁した状態で、放電電力をＷとして、３回目の成膜工程として、３回目以降の成膜を実施し、所定の膜厚になるまでこの処理を繰り返す（ステップＳ６）。
【００６０】
なお、３回目以降の成膜を実施する場合は、搬送トレイ６０１と設備アースを絶縁した状態で成膜を実施する。だが、３回目以降の成膜を実施すると、成膜される膜の界面が増加し、界面での剥離の可能性が高くなるため、可能であれば、成膜は２回が望ましい。
【００６１】
ここで、ステップＳ６においてｎ回成膜した場合について、図５を用いて説明する。図５は、基板の温度が上昇しすぎないように、５ｋＷ放電の成膜をｎ回に分けて実施し、１００ｎｍの窒化膜を形成した場合を示す図である。
【００６２】
この場合の成膜は、まず、成膜用真空チャンバー２０１の内部にＡｒ（アルゴン）ガスと窒素ガスをそれぞれ１００ｓｃｃｍ導入して１Ｐａに調圧した後、基板７０１を搭載した搬送トレイ６０１を載置し、電源１１０１からシリコンのターゲット３０１に５ｋＷ放電となるように電圧を印加する。電源１１０１からターゲット３０１に電圧が印加されることで成膜用真空チャンバー２０１内にプラズマが発生し、基板７０１が成膜されると共に、熱電子８０２が生成される。そして、この熱電子８０２が、搬送トレイ６０１、基板７０１、成膜された窒化膜８０１に衝突することで、基板７０１の温度が上昇するため、成膜と同時にアニールを行うことが可能になり、太陽電池基板を形成することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態は、従来の構成で複数回に分けて成膜した場合に基板温度が上昇しすぎるという問題を解決し、複数回の成膜を２００℃前後で行うことを可能とするため、太陽電池基板に窒化膜を成膜する場合に有効である。なお、成膜中に基板温度が上昇しないように搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で成膜した場合は、シリコンターゲットの割れが懸念される３０ｋＷでの成膜においても、基板温度は１５０℃以下であるが、この基板温度でのスパッタ後の太陽電池特性である電子および正孔のライフタイムは、スパッタ前に比べて３０％程度であった。これは、太陽電池基板のアニール不足であると予測される。このため、アモルファスシリコン上に窒化膜を成膜する場合は、２００℃前後での成膜が望ましいと考えられる。
【００６４】
また、本実施の形態は、１回の成膜後に、剥離防止のために基板冷却に十分な時間をおくことで酸化膜などが形成され、剥離が生じやすくなるという問題を解決し、酸化膜などが形成されにくい複数回の成膜を可能とするため、太陽電池の長期信頼性の確保を可能とする。なお、基板温度が２５０℃に達する場合は、基板の成膜間隔の許容時間は、基板１枚あたり合計５分以下とすることが望ましい。
【００６５】
なお、基板が加熱される時間を短くするために、高い放電電力で成膜を行い、成膜時間を短縮する従来の方法があるが、絶縁膜である窒化膜は、放電電力を上げると、窒化膜成膜初期に、異常放電を起こしてしまう。我々の実験では、１０ｋＷで成膜した場合は、基板に異常放電跡が見られた。
【００６６】
以上説明した本発明の実施の形態について、まとめて説明する。
本発明の薄膜製造方法では、成膜を複数回に分けて行い、基板上に直接膜を成膜する１回目の成膜においては、搬送トレイ６０１と設備アースを同電位にした状態で、搬送トレイ６０１に載置された基板７０１をターゲット３０１と対向する位置を通過させることにより成膜を行う。そして、１回目と２回目の待機時間を１分以内にし、既に成膜を行った膜上にさらに成膜する２回目以降の成膜においては、搬送トレイ６０１と設備アースとを絶縁した状態で、放電電力を１回目の放電電圧より高く設定して成膜を行う。このように、１回目の成膜を搬送トレイ６０１と設備アースを同電位にすることにより、熱電子により基板温度を上昇させてアニールを行いながら成膜することでライフタイムを向上させると共に、放電電力を低く設定することにより、基板へのダメージを抑制することができる。また、２回目以降の成膜を搬送トレイ６０１と設備アースを絶縁した状態で放電電力を１回目よりも高く設定することにより、短時間での成膜処理を可能としながら、ライフタイム変化率を向上させることができる。そして、２回目の成膜を絶縁状態で行うことにより基板の温度上昇を抑制することができるので、各回の成膜間の待機時間を短縮することができ、待機時間における各膜間の異なる膜質の膜の生成を抑制し、膜の剥離を抑制することができる。
【００６７】
また、本発明の薄膜製造装置においては、成膜用真空チャンバーの両端にトグル切替用シャフトを設け、搬送トレイに搬送トレイと設備アースとの接続と絶縁を切り換えるトレイ−キャリア導通トグルを設けることにより、上記薄膜製造装置における搬送トレイ６０１と設備アースとの接続と絶縁とを容易に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、複数回に分けて成膜する場合であっても、膜の剥離を抑制することができ、スパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造方法および薄膜製造装置等に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１    第１の真空容器
５    基板
７    第２の真空容器
９    成膜測定手段
１０１    基板投入取出用真空チャンバー
２０１    成膜用真空チャンバー
３０１    ターゲット
４０１    基板投入側搬送レール
４１１    成膜側搬送レール
４２１    レール搬送用車輪
５０１    ゲートバルブ
５５１    投入取出用ゲートバルブ
６０１    搬送トレイ
６１１    絶縁パッド
７０１    基板
８０１    窒化膜
８０２    熱電子
９０１    演算装置
１００１    電極
１１０１    電源
１２０１    搬送キャリア
１３０１    トレイーキャリア導通トグル
１３１１    導電ピン
１４０１    トグル切替用シャフト
【図１】
2013221176.tif 000003
【図２】
2013221176.tif 000004
【図３】
2013221176.tif 000005
【図４】
2013221176.tif 000006
【図５】
2013221176.tif 000007
【図６】
2013221176.tif 000008
【図７】
2013221176.tif 000009
【図８】
2013221176.tif 000010